Новая частица или адронная молекула?

Недавно группа физиков, работающих на японском детекторе Belle, обнаружила весьма необычную частицу, аналогов которой прежде не находили. Она обладает электрическим зарядом и состоит из четырех кварков! Впрочем, некоторые их коллеги считают, что, возможно, исследователи наткнулись не на частицу, а на не менее загадочную "адронную молекулу".

Многие из частиц, которые привычно называют элементарными (то есть неделимыми) на самом деле таковыми не являются, поскольку состоят из еще более мелких частиц — кварков. Так, все барионы (к этой группе частиц относятся хорошо знакомые нам протон и нейтрон) всегда состоят из трех кварков. А вот мезоны (пионы и каоны) всегда представляют собой пару кварк-антикварк. И хотя теоретики уже давно предсказывали возможность существования частиц, состоящих из пяти кварков (и даже из семи), однако до сих пор подобные не были обнаружены в экспериментах.

Кроме того, в "кварковых" частицах всегда присутствует глюон — векторный калибровочный бозон, непосредственно отвечающий за сильное взаимодействие между кварками. Грубо говоря, данная частица является чем-то вроде "клея" (кстати, по гречески "glue"— это и есть "клей"), который скрепляет кварки и не дает им разбежаться в разные стороны. Однако глюон не считают составной частицей, поскольку он почти всегда выступает только лишь в роли переносчика взаимодействия.

Но я сказал "почти всегда" потому, что в 2006 году в процессе проведения эксперимента BaBar в ученые из Стэнфордского университета (США) обнаружили весьма странную частицу, которая была названа Y(4260). А странность ее заключалась в том, что в ней кроме двух кварков присутствовал и глюон, причем не как переносчик взаимодействия, а как составной элемент. Тогда эта новость всколыхнула весь физический мир — эта непонятная частица своим существованием опровергала некоторые постулаты Стандартной модели. Поэтому многие физики захотели детальнее изучить эту частицу и разобраться, почему там присутствует "лишний" глюон.

Собственно говоря, именно этим и занимались исследователи из группы доктора Лю Чжи Цина, работающие с детектором Belle в Научно-исследовательском центре физики высоких энергий (Япония). Они провели несколько достаточно стандартных экспериментов, в ходе которых исследователи "сталкивали" друг с другом электроны и их античастицы, то есть позитроны. В результате они получили некоторое количество загадочных Y(4260), которые жили не более 10^-23 секунды, после чего распадались на другие частицы.

Однако физикам не удалось толком их изучить — для того, что бы признать результаты статистически достоверными нужного количества этих частиц все-таки не доставало. Зато им удалось открыть другую частицу, не менее загадочную, чем Y(4260).

Неожиданно ученым удалось зафиксировать мощный сигнал на энергиях в 3,9 ГэВ. Виновницей подобного сигнала могла быть неизвестная частица, которая была примерно вчетверо тяжелее протона. Ученым удалось "получить" где-то 460 подобных частиц, которые они назвали Z(3900). Однако, когда физики изучили распад этих "протонов-тяжеловесов", то они выяснили, что Z(3900) состоят из четырех кварков: очарованного, нижнего и их антикварков. Кроме того, судя по всему странная частица имеет еще к тому же и электрический заряд!

Впрочем, многие ученые, узнав о результатах работы группы Лю Чжи Цина, решили, что экспериментаторы могли несколько неправильно интерпретировать результаты эксперимента. Например, ими могла быть обнаружена пара двухкварковых частиц, взаимодействующих так сильно, что со стороны их почти невозможно отличить от истинно четырехкварковой. Тогда в данном случае речь должна идти не о новой частице, а о другом, не менее загадочном феномене — так называемой "адронной молекуле". Кстати, возможность ее существования также предсказывали достаточно давно, но вот реальных следов до сих пор никто не находил.

Интересно, что руководитель группы экспериментаторов, господин Лю склоняется именно к этой интерпретации. "Адронная молекула — это мои личные предпочтения. Но истинная природа частицы может быть иной" — говорит ученый. А некоторые члены его команды предлагают третий вариант толкования — возможно, им удалось наткнуться на пару двухкварковых частиц, взаимодействующих между собой не слишком тесно, то есть не являющихся фактически единой структурой, каковой и должна быть "адронная молекула". И хотя на первый взгляд эта пара может производить впечатление как четырехкварковой частицы, так и вышеупомянутой "молекулы", но на самом деле между ее составляющими нет устойчивой связи, характерной для любого из этих вариантов.

Как же выяснить, кто из ученых прав? На самом деле очень просто — нужно провести новые эксперименты. К ним группа доктора Лю надеется приступить уже в следующем году. Скорее всего, они пройдут на установке Belle-II, в создании которой участвуют также российские институты (московский ИТЭФ им. Алиханова и ИФВЭ, что находится в Протвино). И если эти эксперименты покажут, что Z(3900) распадается как обычная частица, вроде уже известных, то версии относительно "адронной молекулы" или простой пары двухкварковых частиц придется отбросить как несостоятельные…